一種應(yīng)用于汽車的D類放大器設(shè)計方案

圖2 4聲道與6聲道音響架構(gòu)比較

　　增加兩個聲道將解決幾個問題。首先，它允許用兩個新增聲道獨(dú)立地驅(qū)動大功率的低音喇叭，以排除車門共振。另外，由於全部喇叭都不必工作在整個頻率范圍，還有可能實現(xiàn)高傳真音質(zhì)。
　　但如同每位汽車音響設(shè)計師所說的，空間和發(fā)熱的限制使車前單元功耗不得高於20W。規(guī)避該問題的傳統(tǒng)作法是用安置在車身上的外接放大器單元驅(qū)動某些喇叭。該方案雖然可行，但也增加了整體系統(tǒng)復(fù)雜性和成本。
　　明智地使用D類音訊放大器為解決該問題提供了一個具成本效益的答案。依正常放大器值計算，一款效率55%的AB類放大器功耗是4.5 W，而一款效率94%的D類音訊放大器功耗是0.6 W。
　　采用6個AB類放大器聲道將總共產(chǎn)生27W功耗，比車前單元一般認(rèn)為可承受的功耗高7W（見圖3，情況A）。但若將AB和D類音訊放大器整合在一起，則即使僅采用兩個D類音訊放大器（最可能用於低音喇叭驅(qū)動），也將滿足功耗預(yù)算。圖3的最下行顯示了20W與該特定配置的整體功耗區(qū)別。

圖3 僅使用兩個D類音訊放大器，就可使一個6聲道系統(tǒng)具有理想的性價比，適用於車前單元
　　D類音訊放大器的成本大概會使情況B最可能成為中階車款的選擇。但著眼未來，特別是‘優(yōu)質(zhì)音響系統(tǒng)’市場（更高電源等級）的情況，D類音訊放大器有可能擴(kuò)大其市場占有率。
　　高階車音響系統(tǒng)可能最少支援8個聲道、最多達(dá)22個聲道，其中許多聲道會放在車身單元。若不在系統(tǒng)中采用D類音訊放大器，則支援多個聲道可能幾乎無法實現(xiàn)。
　　在對成本和品質(zhì)目標(biāo)間不懈的權(quán)衡過程中，設(shè)計工程師會找到AB類和D類音訊放大器的許多種組合。D類音訊放大器最初會在低功耗至關(guān)重要以及（有些意外）需要很高功率輸出的應(yīng)用中找到用武之地。這些應(yīng)用包括功率大於90W的系統(tǒng)，其中立體聲D類音訊放大器是最佳選擇。但其應(yīng)用可歸類為4種系統(tǒng)：
　　高階：由AB和D類音訊放大器聯(lián)合驅(qū)動的8到22聲道系統(tǒng)、每聲道功率大於28W。
　　對功耗進(jìn)行最佳化設(shè)計的中階音響系統(tǒng)：由純D類音訊放大器驅(qū)動的4到6聲道系統(tǒng)、每聲道功率大於25W。
　　對成本進(jìn)行最佳化設(shè)計的中階音響系統(tǒng)：由AB和D類音訊放大器聯(lián)合驅(qū)動的4到6聲道系統(tǒng)。
　　基本音響系統(tǒng)：全由AB類放大器驅(qū)動的2到4聲道系統(tǒng)、每聲道功率小於28W。
　　4 汽車應(yīng)用的D類放大器
　　汽車環(huán)境對D類音訊放大器應(yīng)用提出了挑戰(zhàn)。為設(shè)計一款出眾的產(chǎn)品，半導(dǎo)體供應(yīng)商必須提供其知識、技巧及關(guān)於D類音訊放大器和汽車應(yīng)用的豐富經(jīng)驗。
　　對啟動器來說，由於汽車設(shè)計的需求，I2C控制已被納入其中。此外，挑戰(zhàn)也正變得益發(fā)困難。例如，D類音訊放大器的輸出電壓受電源電壓的影響，且車內(nèi)的電源電壓是不穩(wěn)定的。為抑制電源紋波電壓，已采取了若干措施。抑制電壓波動的最好方法是采用負(fù)反饋環(huán)。一個二階反饋環(huán)可提供優(yōu)異的紋波抑制。
　　由開關(guān)導(dǎo)致的EMI是D類音訊放大器最嚴(yán)重的問題之一，且非常難以解決。在設(shè)計層面，可透過相位混合（phase staggering）、跳頻和AD/BD調(diào)變來減輕EMI。
　　提高EMI的突波電流是由放大器開關(guān)時在其內(nèi)部電晶體間導(dǎo)入的死區(qū)時間產(chǎn)生的。在死區(qū)時間，電流在體二極體上積聚，且該電荷作為電流突波被泄放（圖4所示，紅線指示該突波）。

圖4 死區(qū)時間導(dǎo)入的電流突波產(chǎn)生EMI

　　消除死區(qū)時間是個明顯的解決方案。為達(dá)到此目標(biāo)，恩智浦訴諸了其半導(dǎo)體制造專長。由於絕緣層上覆矽（SOI）的全部元件被氧化物絕緣，所以SOI是理想技術(shù)。當(dāng)輸出電壓低於地電壓時，元件基層沒有電荷積聚，縮短了反向恢復(fù)時間，且與其他聲道之間沒有串?dāng)_。
　　5 小結(jié)
　　D類音訊放大器將在汽車音響應(yīng)用中擴(kuò)大其市場占有率。到2015年，它將占汽車放大器市場的30%。
　　隨著D類音訊放大器進(jìn)入汽車應(yīng)用，NXP不僅將與該趨勢齊頭并進(jìn)，還將引領(lǐng)該潮流的走向。